PENENTUAN KETEBALAN RAMBUT DENGAN MENGGUNAKAN DIFRAKSI SINAR LASER
A. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang
Kemajuan teknologi saat ini sangat berkembang dengan pesat diberbagai bidang ilmu. Salah satunya pada bidang fisika, saat ini telah banyak alat-alat yang diciptakan dengan canggih dan sesuai fungsinya masing-masing, salah satu contohnya adalah laser. Laser adalah sebuah alat
yang
menghasilkan
sumber
cahaya
yang
koheren,
hampir
monokromatik dan searah sehingga dengan menggunakan laser kita dapat menentukan ketebalan rambut melalui difraksi. Menurut Santoso dalam pengukuran jarak antara celah kisi difraksi dengan metode devisiasi banyak digunakan untuk mengukur panjang gelombang cahaya. Pengukuran dilakukan dengan melewatkan cahaya pada kisi difraksi yang lain yang saling berdekatan dengan jarak d , dengan panjang gelombang yang datang adalah
,
kemudian hasil
difraksi konstruktif kearah sudut memenuhi persamaan d sin berbanding lurus dengan n maka jarak antar celah dapat diperoleh melalui analisis perhitungan. Yasin melakukan penelitian mengenai jumlah sinar laser mainan sebagai alternatif sumber cahaya monokromatik kisi difraksi cahaya juga membuktikan bahwa adanya persamaan d sin yang berbanding lurus
104
dengan n untuk memperoleh hasil penelitian yang dilakukan terkait dengan difraksi cahaya. Meskipun telah banyak penelitian mengenai metode difraksi tetapi masih banyak diantara kita yang belum terlalu paham mengenai difraksi cahaya secara teori sehingga perlu dilakukan praktikum laboratorium secara langsung untuk lebih memperdalam pengetahuan kita mengenai difraksi. 2. Tujuan Percobaan
Tujuan pada percobaan penetuan ketebalan rambut dengan menggunakan difraksi sinar laser adalah: a. Untuk mendemonstrasikan dan mengukur besar refleksi, difraksi dan penyebaran cahaya dengan menggunakan radiasi yang terlihat oleh mata dari sumber sumber dioda dioda laser. b. Untuk mengetahui cara pengukuran ketebalan rambut menggunakan sinar laser. c. Untuk menetukan ketebalan rambut dengan menggunakan difraksi sinar laser yang ditembakkan ke rambut.
105
B. Landasan Teori
Laser adalah sebuah sumber cahaya yang monokromatik
dan
searah.
Laser
merupakan
koheren, hampir
singkatan
dari Light
Amplification by Stimulating Emission of Radiation Radiation yang berarti cahaya diperkuat melalui proses emisi yang dipicu. Laser terdiri dari beberapa jenis bergantung pada medium laser yang digunakan seperti, zat padat, cair, gas dan semikonduktor (Minarni, 2013). Cahaya dapat mengalami difraksi dengan syarat cahaya tersebut melewati celah yang sempit artinya ukuran panjang gelombang yang melewati celah lebih besar dibandingkan dengan lebar celah. Jika suatu cahaya dengan panjang gelombang λ pada melewati suatu celah celah sempit d , dimana d < λ , maka cahaya tersebut mengalami difraksi atau cahaya melentur itu dapat terdeteksi adanya penyimpangan sinar sebesar
θ dari
arah semula dan pada
layar akan terlihat pola interferensi terang/maksimum. Sinar dari tiap-tiap celah tiba sefasa, yang memberikan sebuah maksimum yang tajam jika selisih lintasan diantara celah celah yang berdekatan adalah kelipatan bulat dari panjang gelombang di sini digunakan sebuah lensa untuk meberikan pola fraunhofer pada pada sebuah layar di dekatnya pada Gambar Gambar 7.1 berikut.
Gambar 7.1 Jalannya Sinar Pada Difraksi Kisi
106
Panjang gelombang suatu cahaya melalui praktikum kisi difraksi diperoleh dengan persamaan difraksi kisi berikut : d sin
n atau
dp l
n ............................................ ................................................................ ....................(7.1)
Keterangan : k = = konstanta kisi = 1/ N (goresan/m) p = p = jarak pola interfensi pada layar (m) l = = jarak layar ke kisi (m) n = orde difraksi λ =
panjang gelombang (m)
Syarat terjadinya pola difraksi pada kisi adalah sama dengan syarat terjadinya pola interferensi pada celah ganda, yaitu : 1. Pola difraksi maksimum : sefase d sin = n λ; n = 0, ±1,± 2,... ..........................................................(7.2) 2. Pola difraksi minimum : berlawanan fase d sin θ = = (n - θ ) ) λ; n = ±1, ±2, ±3, ............................................ .................................................. ...... (7.3) Pola
difraksi maksimum pada layar akan tampak berupa berupa garis
terang atau ddisebut dengan interferensi maksimum yang dihasil kan oleh banyak celah. Jika d sin
θ sama
dengan 0, λ, 2λ, 3λ atau bilangan cacah
maka dikalikan panjang gelombang. Adapun untuk untuk megamati megamati peristiwa pembelokan cahaya pada kisi diifraksi dapat dilihat pada Gambar 7.1 berikut:
107
Gambar 7.2. Pembelokan cahaya pada kisi difraksi Jika besar intensitas antara dua buah berkas cahaya yang berdekatan
∆=
,2,3… Maka dengan demikian pola difraksi akan maksimum karena
Sin = (0 (0 − + 5 =) ........................................... ............................................................... .................... (7.4)
tan = ( − + ........................................................ ............. (7.5) 15 + ⋯ ) ........................................... Untuk sudut yang kecil target suatu sudut sama dengan sinus sudutnya, sehingga diperoleh
≈ tan = .......................... ................................................ ............................................. .......................... ... (7.4)
Dengan = jarak celah ke layar la yar dan y = = jarak terang ke-n dari terang pusat (Supiiyadi, 2010).
108
C. METODE PRAKTIKUM 1. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan penentuan ketebalan rambut dengan menggunakan difraksi sinar laser dapat dilihat pada Tabel 7.1 berikut. Tabel 7.1 Alat dan Bahan pada Percobaan Penentuan Ketebalan Rambut dengan Menggunakan Menggunakan Difraksi Sinar Laser. No Alat dan Bahan Fungsi Sebagai tempat meletakkan tumpakan 1 Rel Presisi berpenjepit dan pengukur jarak rambut ke layar layar Sebagai tempat meletakkan panjnag slide 2 Tumpakan Tumpakan Berpenjepit diafragma Pemegang Slide 3 Sebagai tempat meletakkan ramburt Diafragma 4 Rambut Sebagai objek pengamatan 5 Sumber Sinar Laser Sebagai sumber cahaya 6 Satu Set Statif Sebagai tempat meletakkan meletakkan sumber sinar laser 7 Kertas A4 Untuk menampilkan menampilkan hasil difraksi 8 Penggaris Untuk Mengukuur jarak pola terang gelap
2. Prosedur Kerja
Prosedur kerja pada percobaan penentuan ketebalan rambut dengan menggunakan difraksi sinar laser adalah sebagai berikut: a) Menyiapkan dan menyusun alat dan bahan seperti pada gambar 7.1 berikut
Gambar 7.2 Rangkaian Percobaan Penentuan Ketebalan Rambut dengan Menggunakan Difraksi Sinar Laser.
109
b) Mengatur jarak rambut ke layar sejauh 1 m. c) Menyalakan dan menembakkan sinar laser tepat jatuh menyentuh rambut. d) Mengukur jarak antara pola terang pertama sampai terang kelima, serta mengukur jarak anrara pola terang pertama sampai gelap keenam e) Mencatat hasil pengamatan pada tabel data pengamatan. f) Mengulangi langkah b sampai e untuk jarak rambut sejauh 0,8 m dan 0,5 m. D. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil pengamatan a. Data pengamatan
Data pengamatan pada percobaan penetuan ketebalan rambut dengan menggunakan difraksi sinar laser dapat dilihat pada Tabel 7.2 berikut. Tabel 7.2 Data Pengamatan Percobaan Penentuan Ketebalan Rambut dengan Menggunakan Menggunakan Difraksi Sinar Laser. No. l (m) (m) n yterang (m) y gelap (m) λ (m) 1
1
5
650 x 10-9
2.85 x 10-2
3.25 x 10-2
2
0.8
5
651 x 10-9
2.60 x 10-2
2.95 x 10-2
3
0.5
5
652 x 10-9
1.75 x 10-2
2.15 x 10-2
110
b. Analisis Data
1. Lensa Cekung a) Menentukan Ketebalan Rambut (d (d ) pada interferensi maksimum Untuk l = = 1 m
y L
Arc
tan
2,85 10 2 tan 1
Arc
= Arc tan 0,0285
d
1,632
0
1 n 2 sin sin
d
1 9 5 650 10 2 sin sin 1,632
d
3,577
10
6
0,99813 3,5817
10
6
Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat dilihat pada dilihat pada Tabel 7.3 Tabel 7.3 Analisis Data Penentuan Ketebalan Rambut (d) pada Interferensi Maksimum λ
No.
l (m) (m)
n
(m)
1
1
5
650 x 10-9
2
0,8
5
651 x 10-9
3
0.5
5
652 x 10-9
yterang (m)
°)
d (m) (m)
2,85 x 10-2
1,632
3,581 x 10 -6
2,60 x 10-2
1,861
3,731 x 10 -6
1,75 x 10-2
2,005
3,947 x 10 -6
111
b)
Menentukan Ketebalan Rambut (d ( d ) pada interferensi minimum Untuk l = = 1 m
y L
Arc
tan
tan
0,0325 1
Arc
= Arc tan 0,0325
d
d
n
d
0
1,861
sin sin
5
650
10
9
sin sin 1,861 3,25 10
6
0,958 3,392
6
10 m
Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat dilihat pada dilihat pada Tabel 7.4 Tabel 7.4 Analisis Data Penentuan Ketebalan Rambut (d) pada Interferensi Maksimum No. 1 2 3
l (m) (m) 1 0.8 0.5
n 5 5 5
λ (m) -9
650 x 10 651 x 10-9 652 x 10-9
yterang (m) 2.85 x 10-2 2.60 x 10-2 1.75 x 10-2
112
°) 1,861 2,112 2,462
d (m) (m) 3,391 x 10 -6 3,192 x 10 -6 5,471 x 10 -6
2.
Pembahasan
Percobaan penentuan ketebalan rambut dengan menggunakan difraksi sinar laser untuk memperoleh proses terjadinya difraksi dan terbentuknya
pola
interferensi,
cara
pengukuran
ketebalan
rambut
menggunakan sinar laser yang ditembakkan kerambut perolehan hasil yang didapatkan terlihat bahwa ketika cahaya yang berasal dari laser ditembakkan pada rambut maka akan terbentuk pola interferensi pola gelap terang. Pada pola terang ini gelombang cahaya dari kedua celah akan menempuh jarak yang sama sehingga gelombangnya sefase. Dimana puncak dari satu gelombang tiba pada saat yang sama dengan puncak gelombang yang lain. Hal ini disebabkan karena amplitudo kedua gelombang bergabung untuk membentuk amplitude yang lebih besar sehingga terbentuk pola terang. Apabila satu gelombang cahaya menempuh jarak ekstra sebesar setengah panjang gelombang atau
3 2
atau
5 2
dan
seterusnya sehingga kedua
gelombang tersebut tepat berlawanan fase ketika mencapai layar dimana puncak satu gelombang tiba pada saat yang sama dengn lembah dari gelombang yang lain sehingga tergabung menghasilkan amplitudo nol dan terbentuklah pola gelap. Cara pengukuran ketebalan rambut dengan menggunakan sinar laser yaitu dengan menembakkan sinar laser pada sehelai rambut sehingga akan terjadi refleksi dan juga difraksi cahaya. Hal ini menyebabkan terbentuknya pola gelap terang pada layar dengan menggunakan persamaan interferensi maksimum dan interferensi minimum akan diperoleh besar ketebalan rambut.
113
Perolehan perolehan hasil ketebalan rambut dengan difraksi sinar laser menggunakan jarak dari rambut ke layar yaitu 1 m, 0,8 m dan 0,5 m. penentuan etebalan rambut ini dihitung dari terang pusat sampai ke titik terang kelima. Perolehan hasil penentuan ketebalan rambut pada interferensi maksimum pada jarak 1 m dari layar ke rambut adalah 3,5817 x 10
-6
m,
untuk jarak 0,8 m adalah 3,731 x 10 -6 m dan untukyang untukyang jarak 0,5 m adalah 3,947 x 10 -6 m. sedangkan perolehan hasil penentuan ketebalan rambut pada pada interferensi maksimum untuk jarak layar ke rambut 1 m adalah 3,392 x 10 -6 m untuk jarak 0,8 m adalah 3,792 x 10 -6 m dan jarak untuk 0,5 m adalah 5,171 x 10 -6 m. Ketebalan raambut yang diukur seharusnya memiliki nilai yang sama ketika diukur dengan menggunakan metode interferensi maksimum dan interferensi minimum. Tetapi dari hasil analisis data yang telah dilakukan menunjukkan bahwa hasil ketebalan rambut memiliki ketebalan rambut yang berbeda-beda hal ini disebabkan karena kesalahan dalam pengukuran dan juga dipengaruhi oleh intensitas cahaya.
114
